물리계층의 역할과 랜 카드의 구조
전기 신호란?
0과 1만으로 이루어진 비트열을 전기 신호로 변환하려면 물리 계층의 기술이 필요하다.
데이터 송신 측 컴퓨터가 전송하는 0과 1의 비트열 데이터는 전기 신호로 변환되어 네트워크를 통해 수신 측 컴퓨터에 도착.
수신 측 컴퓨터에서는 전기 신호를 0과 1의 비트열 데이터로 복원
랜 카드란?
컴퓨터는 네트워크를 통해 데이터를 송수신할 수 있도록 랜 카드가 메인 보드에 포함되어 있는 내장형 랜 카드나 별도의 랜 카드를 가지고 있음. 0과 1의 정보가 컴퓨터 내부에 있는 랜 카드로 전송되고 랜 카드는 0과 1을 전기 신호로 변환한다.
랜 카드가 있기에 네트워크에서 데이터를 주고 받을 수 있다.
물리 계층은 컴퓨터와 네트워크 장비를 연결하고 컴퓨터와 네트워크 장비 간에 전송되는 데이터를 전기 신호로 변환하는 계층이다.
케이블의 종류와 구조
트위스트 페어 케이블
전송 매체란 데이터가 흐르는 물리적인 선로로 종류가 크게 유선과 무선으로 나눠진다.
유선에는 트위스트 페어 케이블, 광케이블이 있고, 무선에는 라디오파, 마이크로파, 적외선 등이 있다.
종류
- UTP 케이블: UTP는 Unshielded Twist Pair의 약자로 '비차폐 연선'이라고도 한다.
- STP 케이블: Shielded Twist Pair의 약자로 '차폐 연선'이라고도 한다.
UTP 케이블
UTP 케이블은 구리 선 여덟 개를 두 개씩 꼬아 만든 네 쌍의 전선으로 실드(shield)로 보호되어 있지 않은 케이블.
실드는 금속 호일이나 금속의 매듭과 같은 것으로 외부에서 발생하는 노이즈(noise)를 막는 역할.
UTP 케이블은 실드로 보호되어 있지 않아서 노이즈의 영향을 받기 쉽지만 저렴하기 때문에 일반적으로 많이 사용되는 케이블
STP 케이블
STP 케이블은 두 개씩 꼬아 만든 선을 실드로 보호한 케이블.
UTP 케이블과 달리 노이즈의 영향을 매우 적게 받지만 비싸기 때문에 보편적으로는 사용하지 않음
노이즈란?
케이블에 전기 신호가 흐를 때 발생. 노이즈의 영향을 적게 받도록 구리 선 두 개를 비틀어 꼬아서 케이블을 만든다.
STP 케이블은 실드로 보호되어 있기 때문에 실드로 전선을 감싸면 외부에서 발생하는 노이즈의 영향을 받지 않는다.
노이즈의 영향을 쉽게 받지만 저렴하기 때문에 일반적으로는 UTP 케이블을 사용한다. UTP 케이블은 데이터 전송 품질에 따라 다음 표와 같이 분류할 수 있다.
UTP 케이블의 분류
| 분류 | 규격 | 속도 |
| Cat3 | 10BASE-T | 10Mbps |
| Cat5 | 100BASE-TX | 100Mbps |
| Cat5e | 1000BASE-T | 1000Mbps |
| Cat6 | 1000BASE-TX | 1000Mbps |
| Cat6a | 10GBASE-T | 10GMbps |
| Cat7 | 10GBASE-T | 10GMbps |
트위스트 페어 케이블(UTP, STP)은 일반적으로 랜 케이블(LAN cable, 랜 선)이라고 부른다.
보통은 랜 케이블이라는 용어를 더 많이 사용한다.
랜 케이블의 양쪽 끝에는 RJ-45라고 부르는 커넥터가 붙어 있다.
이 커넥터를 컴퓨터의 랜 포트나 나중에 설명하는 네트워크 기기에 연결하는 것
다이렉트 케이블과 크로스 케이블이란?
랜 케이블의 종류에는 다이렉트 케이블과 크로스 케이블이 있다.
다이렉트 케이블
구리 선 여덟 개를 같은 순서로 커넥터에 연결한 케이블
크로스 케이블
구리 선 여덟 개 중 한쪽 커넥터의 1번과 2번에 연결되는 구리 선을 다른 쪽 커넥터의 3번과 6번에 연결한 케이블
다이렉트 케이블이나 크로스 케이블 모두 실제로는 1번, 2번, 3번, 6번 구리 선을 사용하고 나머지 선 네 개는 사용하지 않는다.
다이렉트 케이블은 컴퓨터와 스위치를 연결할 때 사용하고, 크로스 케이블은 컴퓨터 간에 직접 랜 케이블로 연결할 때 사용한다.
컴퓨터 간에 직접 데이터를 보낼 때는 양쪽 컴퓨터 모두 1번과 2번 선을 사용한다.
양쪽 컴퓨터에서 1번과 2번으로 데이터를 전송하면 데이터가 충돌한다.
그래서 크로스 케이블은 일부러 중간에 전선을 교차시켜서 송신 측과 수신 측이 올바르게 연결되도록 하고 있다.
리피터와 허브의 구조
물리 계층의 네트워크 장비에는 리피터와 허브가 있다.
리피터란?
전기 신호를 정형(일그러진 전기 신호를 복원)하고 증폭하는 기능을 가진 네트워크 중계 장비
통신하는 상대방이 멀리 있을 때 리피터를 사이에 넣어 파형을 정상으로 만드는 기능을 함.
하지만 요즘은 다른 네트워크 장비가 리피터 기능을 지원하기에 따로 쓸 필요가 없다.
허브란?
포트(실제로 통신하는 통로)를 여러 개 가지고 있고 리피터 허브라고도 부름.
리피터는 일대일 통신만 가능하지만 허브는 포트를 여러 개 가지고 있어서 컴퓨터 여러 대와 통신 가능
허브는 리피터와 마찬가지로 전기 신호를 정형하고 증폭하는 기능을 한다.
컴퓨터에서 보낸 전기 신호가 허브에 도착하는 동안 노이즈의 영향으로 파형이 변경될 때가 있는데 이때 허브가 파형을 정상으로 되돌리는 기능을 한다.
허브는 어떤 특정 포트로부터 데이터를 받는다면 해당 포트를 제외한 나머지 모든 포트로도 받은 데이터를 전송하는 특징이 있다.
컴퓨터 1에서 컴퓨터 2로 데이터를 전송하면 컴퓨터 2만 데이터를 받는게 맞는데, 실제로 허브를 사용하면 컴퓨터 3, 4, 5에도 데이터가 전송된다.
이처럼 허브는 스스로 판단하지 않고 전기 신호를 모든 포트로 보내서 더미 허브(dummy hub)라는 이름으로 불리기도 한다.
불필요한 데이터가 전송되어 비효율적인 허브의 단점에 대한 대책으로 나온 게 스위치(switch)이다.
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